Электрические машины конспект лекций

Вопрос 9.2.7.1. Увеличение напряжения на двигателе при постоянном моменте вызовет увеличение магнитного потока и уменьшение активного роторного тока.

Вопрос 9.2.7.2. Угол 2 arctg sx2 . Поскольку скольжение r2

двигателя при нагрузках, не очень превышающих номинальную, мало, то и 2 очень мал.

Вопрос 10.2.1. Сопротивление r2 у двигателей с постоянными параметрами роторной обмотки остается постоянным, а у двигателей с переменными параметрами (глубокопазных) уменьшается с уменьшением скольжения.

Вопрос 10.2.2. См. рис. 11.14. Вопрос 10.3.1.1. Из ха-

рактеристики видно, что пусковой момент M ï 0,2M ê , è

жение на двигателе при пуске будет равно 0,75U1íîì, и пусковой момент (0,75)2 M íîì

0,56M íîì . Вопрос 10.4.1.1. У обмот-

ки с повышенным активным сопротивлением критический момент будет при скольжени-

ях, близких в единице, т. е. при пуске двигателя.

Вопрос 10.4.2.1. Вытеснение тока в верхние слои проводника зависит от частоты роторного тока, которая при малых скольжениях мала.

Вопрос 10.4.2.2. Наибольший пусковой момент будет у двигателя с роторным пазом 1, при котором вытеснение тока при пуске в верхние слои даст наибольшее увеличение активного сопротивления ротора.

Вопрос 10.6.1. В тормозных режимах вращающий момент и скорость ротора имеют разные знаки, и тормозные характеристики могут располагаться лишь во II и IV квадрантах.

141

Вопрос 10.6.1.2. См. рис. 11.15.

Рис. 11.15. Энергетическая диаграмма при работе двигателя в генераторном режиме

Вопрос 10.6.2.2. Из рис. 10.13 видно, что при торможении противовключением двигатель развивает тормозной момент и при скорости, равной нулю.

Вопрос 10.6.2.3. При уменьшении напряжения на статоре механическая характеристика двигателя (см. рис. 10.13) пойдет более круто и тот же тормозной момент будет при большей скорости.

Увеличение тормозного сопротивления также увеличит крутизну механической характеристики и, следовательно, скорость при том же тормозном моменте.

Вопрос 10.6.3.1. При уменьшении тормозного сопротивления характеристика двигателя (см. рис. 10.15) будет более пологой, и тормозной момент при той же скорости увеличится.

Вопрос 10.6.3.2. При увеличении постоянного тока в статорной обмотке магнитное поле в двигателе усилится. При той же скорости ротора ЭДС ротора, ток ротора и момент двигателя будут больше. Механические характеристики при разных значениях постоянного тока Iâ и одинаковом сопротивлении ротора показаны на рис. 11.16.

Вопрос 11.1.1.1. Включение добавочного сопротивления в ротор сначала ведет к уменьшению роторного тока и вращающего момента. Уменьшение момента двигателя при постоянном моменте нагрузки на валу вызывает увеличение скольжения и ЭДС E2s. В связи с этим ток ротора и момент возрастают до прежних значений, и двигатель начинает работать снова в установившемся режиме, но уже с меньшей скоростью.

142

Вопрос 11.1.3.2. ПриU1 const увеличение частоты вызовет уменьшение магнитного потока. Из формулы (9.7) видно, что при постоянном моменте уменьшение потока вызовет увеличе- ние активного тока ротора I 2 cos 2 .

143

Лекция 12

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ОСНОВНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

ПРИ РАБОТЕ СИНХРОННЫХ МАШИН

12.1. Общие замечания

Синхронные машины, характерным признаком которых является строго постоянная скорость вращения (при заданной частоте), используются и как генераторы, и как двигатели.

Синхронные генераторы являются основным типом электрических генераторов, применяемых на современных электри- ческих станциях. В связи с этим мощности синхронных генераторов весьма велики и достигают 1 млн кВт и выше.

Синхронные двигатели используются для привода рабочих машин большой мощности, не требующих регулировки скорости. Мощность синхронных двигателей доходит до нескольких десятков тысяч кВт.

12.2. Устройство синхронной машины

Синхронная машина подобно асинхронной состоит также из двух основных частей: статора и ротора (рис. 12.1). Статор синхронной машины не имеет принципиальных отличий от статора асинхронной машины (в деталях конструкции, естественно, статор мощного синхронного генератора и статор асинхронного двигателя не очень большой мощности друг от друга отличаются).

Конструкция ротора. В синхронных машинах применяют две различные конструкции ротора: явнополюсную — с явновыраженными полюсами (см. рис. 12.1, à) и неявнополюсную —

147

с неявновыраженньши полюсами (см. рис. 12.1, á). Явнополюсный ротор обычно используют в машинах с четырьмя полюсами и более. Обмотку возбуждения выполняют в этом случае в виде цилиндрических катушек прямоугольного сечения, которые размещают на сердечниках полюсов и укрепляют при помощи полюсных наконечников. Ротор, сердечники полюсов и полюсные наконечники изготовляют из листовой стали.

Рис. 12.1. Роторы синхронной явнополюсной и неявнополюсной машин: 1 — сердечник ротора, 2 — обмотка возбуждения

Двух- и четырехполюсные машины большой мощности, работающие при частоте вращения ротора 1500 об/мин и 3000 об/мин, изготавливают, как правило, с неявнополюсным ротором.

Неявнополюсный ротор представляет собою сплошной цилиндр, изготовленный из наиболее прочных марок стали (хромоникелевых или хромоникельмолибденовых).

Применение в них явнополюсного ротора невозможно по условиям обеспечения необходимой механической прочности крепления полюсов и обмотки возбуждения. Обмотку возбуждения в такой машине размещают в пазах сердечника ротора, выполненного из массивной стальной ковки, и укрепляют немагнитными клиньями. Лобовые части обмотки, на которые воздействуют значительные центробежные силы, крепят при помощи стальных массивных бандажей. Для получения приблизительно синусоидального распределения магнитной индукции обмотку возбуждения укладывают в пазы, занимающие 2/3 полюсного деления.

148

В явнополюсной синхронной машине (рис. 12.2) сердечник статора собирают из изолированных листов электротехнической стали и на нем располагают трехфазную обмотку якоря. На роторе размещают обмотку возбуждения. Полюсным наконечникам обычно придают такой профиль, чтобы воздушный зазор между полюсным наконечником и статором был минимальным под серединой полюса и максимальным у его краев, благодаря чему кривая распределения индукции в воздушном зазоре приближается к синусоиде.

Рис. 12.2. Устройство явнополюсной машины: 1 — корпус; 2 — сердечник статора; 3 — обмотка статора; 4 — ротор; 5 — вентилятор; 6 — выводы обмоток статора; 7 — контактные кольца; 8 — щетки, 9 — возбудитель

В полюсных наконечниках синхронных двигателей с явнополюсньм ротором размещают стержни пусковой обмотки (рис. 12.3), выполненной из материала с повышенным удельным сопротивлением (латунь). Такую же обмотку (типа «беличья клетка»), состоящую из медных стержней, применяют и в синхронных генераторах; ее называют успокоительной, или демпферной, обмоткой, так как она обеспечивает быстрое затухание колебаний ротора, возникающих в переходных режимах работы синхронной машины. Если синхронная машина выполнена с мас-

149

сивными полюсами, то при пуске и переходных режимах

зависимом возбуждении в качестве источника для питания обмотки возбуждения служит генератор постоянного тока (возбудитель), установленный на валу ротора синхронной машины (рис. 12.4, à), либо отдельный вспомогательный генератор, приводимый во вращение синхронным или асинхронным двигателем. При самовозбуждении обмотка возбуждения питается от обмотки якоря через управляемый или неуправляемый выпрямитель, обычно полупроводниковый (рис. 12.4, á). Мощность, необходимая для возбуждения, сравнительно невелика и составляет 0,3–3 % от мощности синхронной машины.

В мощных генераторах иногда кроме возбудителя применяют подвозбудитель — небольшой генератор постоянного тока, служащий для возбуждения основного возбудителя. В качестве основного возбудителя в этом случае может быть использован синхронный генератор совместно с полупроводниковым выпрямителем. Питание обмотки возбуждения через полупроводниковый выпрямитель, собранный на диодах или на тиристорах, широко применяют как в двигателях и генераторах небольшой

èсредней мощности, так и в мощных турбо- и гидрогенераторах (тиристорная система возбуждения). Регулирование тока возбуждения Iâ осуществляется автоматически специальными регуляторами возбуждения, однако в машинах небольшой мощности применяется и регулировка вручную реостатом, включенным

âцепь обмотки возбуждения. Если необходимо форсировать возбуждение генератора, то повышают напряжение возбудителя

èувеличивают выходное напряжение выпрямителя.

150